抗滑桩方桩机械冲击成孔施工技术

抗滑桩方桩机械冲击成孔施工技术

张潇潇   ,龚文敬

中建铁路投资建设集团有限公司  重庆南川  408400

摘要：本文结合渝湘复线高速公路抗滑桩一种冲击成孔工艺的施工情况，介绍了抗滑桩方桩机械冲击成孔的施工条件、施工主要工艺和工艺优缺点，并通过施工过程统计分析，对抗滑桩冲击成孔的效率、成本等进行了探讨。

关键词：抗滑桩  方桩  冲击成孔  施工工艺  分析

1  前言

在我国山区高速公路施工中，抗滑桩防护是一种有效防止边坡滑移的结构，一般抗滑桩均设计为矩形桩，现有机械设备对矩形桩施工较为困难，常规施工采用人工开挖、水磨钻作业，施工过程中作业空间小，地质环境复杂，人员下孔作业，安全风险大。针对抗滑桩施工安全风险大、施工速度慢等问题，有必要提出一种抗滑桩方桩机械冲击成孔技术。

2  工程概况

刘家屋基1号/2号大桥右侧位于崩坡积体上，崩坡积体在久雨暴或强烈震动情况下有可能滑动，影响桥墩安全使用。边坡表面主要为崩坡积碎石土，土质松散，孔隙率较大，不宜采用锚固方式对滑坡进行处置，且厚度较大，不适宜大面积开挖，下伏基岩为泥岩，在桥墩外侧5米位置修建一排抗滑桩对桥墩进行防护。抗滑桩截面尺寸1.5×2米，桩中心间距5米，共74根桩，桩长根据现场地质情况设置，最大桩长23米。

3  抗滑桩冲击成孔施工工艺

3.1  冲击成孔施工条件

抗滑桩冲击成孔的施工条件：

1.黏性土、粉土、砂土、填土、碎石土、漂石卵石层及强弱风化岩层；

2.适用于平坦地形、坡度小于45度陡峭山地，施工场地较大，需要在现场开挖泥浆池、沉渣池等基坑；现场水源充足；

3.桥位处施工便道可满足大型机械设备通行，冲击成孔后需汽车吊配合吊装钢筋笼。

3.2  冲击成孔施工工艺

抗滑桩冲击成孔施工工艺流程：钻头定制→桩位放样→锁口施工→冲击钻机就位→冲击钻机成孔施工→钢筋笼制作、安装→导管安装→二次清孔→混凝土灌注。

1.钻头定制

抗滑桩方桩机械冲击成孔，采用常规冲击钻机。冲击钻头市面常规为圆形，需联系专业厂家定定制方形钻头，不同孔径抗滑桩需定制不同尺寸方形钻头。冲击钻头本体的顶部钻尾设置与卷扬机钢丝绳连接的吊环装置，中部沿钻身四边设置四个吊耳，底部设置与桩孔孔径等长度的矩形体钻头，矩形钻头内部布有四个通透的空心矩形体，矩形钻头底部间隔布满半椭圆形冲击齿。

2.桩位放样

施工测量放线时按设计坐标放线，测量放出抗滑桩角点，用白灰洒出边线。在桩外设置龙门桩，以便随时校正桩位。

3.锁口施工

锁口开挖采用挖机配合人工的方法施工，根据桩孔孔口段将井口挖至1.5m深，锁口尺寸比设计加大30cm，使钻头与锁口壁有充足的施工空间，采用C25钢筋混凝土浇筑锁口，锁口高出地面不小于0.3m。

4.冲击钻机就位

冲击钻机利用吊车安装就位，并通过枕木或垫梁调平钻机，使钻杆垂直，钻头中心与桩中心重合，要求偏差不大于±20mm。

5.冲击钻机成孔施工

施工时通过冲击钻卷扬机钢丝绳卡扣与方形钻头吊环连接，吊起后再释放进行钻头的自由落体运动，向下对土体进行冲击，钻头底部的冲击齿可以强化冲击效果，将冲击范围内的硬质土体或岩体冲击碾碎成细小颗粒，伴随泥浆通过钻头上的空心方体排出桩孔。冲孔至持力层设计标高时，立即对桩孔组织验收，验收合格后，进行第一次清孔，清孔采用换浆法。

7.钢筋笼制作、安装

钻孔桩的钢筋笼在钢筋加工厂加工成半成品，用平板车运至施工现场，在桩孔旁绑扎成9m一节的钢筋笼，钢筋笼增加横向加强钢筋，防止钢筋笼变形，用吊车分节吊入桩孔进行接长和下放。

8.导管安装

导管采用无缝钢管，安装时竖直下放、并使导管位于孔位中心，控制导管口距孔底0.3～0.4m。

9.二次清孔

由于安装钢筋笼及导管时间较长，为确保孔底沉淀厚度满足设计及规范要求，待钢筋笼、导管安装完成后，再次进行孔深检测，若沉渣厚度不满足要求，立即进行二次清孔。

10.混凝土灌注

抗滑桩采用水下灌注混凝土，首批混凝土采用拔塞法，灌注砼数量保证导管首次埋深≮1.0m，正常灌注导管埋深控制在2～6m。为保证桩身质量，需灌注至设计桩顶以上0.5～1m，现场做好有关试验并记录全部灌注过程。

3.3  冲击成孔工艺优缺点

根据实践经验对抗滑桩冲击成孔的优点总结如下：

1.抗滑桩冲击成孔工艺通过机械替代人工挖孔，从根本上杜绝了人工挖孔存在的高处坠落、物体打击、中毒窒息等安全风险。

2.改变了最原始的人工挖孔方式，提高工作效率，有效保证工期进度。

3.极大的减少了人员的投入量与时长，减少了人工成本。

4.施工过程中不受地下水及破碎岩层、土夹石等不良地质影响。

抗滑桩冲击成孔缺点：

1.人工挖孔桩人员可下至孔内清渣，基本无虚渣。抗滑桩冲击成孔全部为泥浆护壁成孔，孔内情况不明，沉渣厚度不易控制。

2.水下混凝土灌注易发生断桩、夹渣等问题。

3.施工污染较严重，泥浆需要沉淀处理，占用场地较大。

4.抗滑桩设计截面尺寸不一时，需定制不同尺寸方形钻头，冲击成孔机械费用投入较大。

4 抗滑桩冲击成孔技术分析

4.1  工期分析

通过对74根抗滑桩冲击成孔时间进行统计分析，抗滑桩平均桩长为15米，排除设备损坏、现场阻工等外部因素影响，平均冲击成孔时间4.8天，平均工效3.2m/d。对项目人工挖孔桩成孔时间进行统计分析，平均工效为0.6～1m/d。

图1  抗滑桩冲击成孔时间统计图

4.2  扩孔率分析

通过对74根抗滑桩冲击成孔扩孔率进行统计分析，通过抗滑桩砼超方量换算扩孔率，砼设计总方量2703m³，超方量502.5m³，平均扩孔率18.6%。对项目圆桩冲击钻施工扩孔率进行统计分析，平均扩孔率为10%。

抗滑桩采用人工挖孔施工基本无扩孔，人工开挖过程中需施工护壁防护，增加护壁砼工程量。该段74根抗滑桩若采用人工挖孔施工，护壁按照最低标准20cm厚度计算，需增加护壁砼945.5m³，护壁砼工程量占桩孔砼设计总方量的35%。

图2  抗滑桩冲击成孔扩孔率统计图

4.3  结论

根据以上分析结果可以得知：

1.抗滑桩采用冲击成孔对比人工挖孔施工成孔进度优势明显，可大幅加快抗滑桩成孔速度。

2.方形钻头对比圆形钻头冲击成孔扩孔率稍大，方形结构在下落过程中偏移会比圆形结构大，从而增大扩孔率。

3.抗滑桩采用冲击成孔砼超方量对比人工挖孔护壁砼方量，减少砼用量16.4%，可节省混凝土用量及护壁钢筋用量。

5  结束语

渝湘复线高速公路抗滑桩成功应用冲击成孔施工技术，节省2个月施工工期，并取得了较好的经济效益，施工完成的抗滑桩经检测均符合设计要求。相信随着方桩冲击成孔施工技术的进一步成熟，对抗滑桩施工工期紧的工程建设中会有更多的应用。

参考文献

[1]安博,王迎法,赵虎刚.基于机械施工的矩形抗滑桩设计方案[J].人民交通,2019(06).

[2]张智斌.矩形截面抗滑桩机械成孔施工技术[J].交通世界,2020(08).

[3]张林祥.机械钻孔桩与人工挖孔桩施工技术应用的分析[J].中国高新科技,2022(03).